Wymiana zabezpieczeń odległościowych dwóch linii 110 kV w stacji zakładu hutniczego

Sytuacja wyjściowa i znaczenie dla organizacji

Rozdzielnia 110 kV stacji jest dwusekcyjna, pracuje w układzie H5 i składa się z pięciu pól: dwóch liniowych, dwóch transformatorowych z transformatorami 110/6 kV o mocy 16 MVA oraz pola łącznika szyn, które zapewnia bezprzerwowy przesył energii przy przełączeniach. Pola liniowe wyposażone są w odłączniki liniowe z uziemnikami o napędzie pneumatycznym, wielordzeniowe przekładniki prądowe, wyłączniki mocy i odłączniki szynowe.

Zakład hutniczy prowadzi proces ciągły. Wyłączenie linii zasilającej nie jest tu przestojem, tylko stratą wsadu i ryzykiem dla instalacji technologicznych. Stare przekaźniki odległościowe w polach liniowych wymagały wymiany; jednocześnie wszystko, co działało i było sprawdzone w ruchu, miało zostać: układy sterowania wyłącznikami, sygnalizacja położenia, blokady odłączników i uziemników, tablice nastawcze z przyciskami, do których przywykła obsługa. Inwestor musiał mieć pod kontrolą zakres ingerencji w pola, czas wyłączeń każdego z nich oraz dokumentację powykonawczą zgodną ze stanem po pracach.

Najważniejsze wyzwanie

Dla zarządu ryzyko było proste do nazwania: wymiana zabezpieczeń w pracującej stacji oznacza wyłączenia pól liniowych, a każde zbędne wyłączenie po modernizacji, spowodowane źle skoordynowanym zabezpieczeniem, obciąża wykonawcę i zakład.

Technicznie oba pola liniowe nie były identyczne. W jednym z nich pracował istniejący, sprawny przekaźnik różnicowoprądowy odcinkowy. Standardowa wymiana „stare na nowe” zastąpiłaby go nowym zabezpieczeniem odległościowym i pozbawiła linię sprawdzonego zabezpieczenia podstawowego. Decyzja inżynierska była odwrotna: istniejący przekaźnik różnicowy pozostał zabezpieczeniem podstawowym, a nowe zabezpieczenie odległościowe pełni w tym polu funkcję rezerwową. W drugim polu, bez zabezpieczenia różnicowego, nowy przekaźnik odległościowy jest podstawowy, a dodatkowo zabudowano kierunkowe zabezpieczenie ziemnozwarciowe jako rezerwę. Dwa pola, dwie różne konfiguracje, jedna zasada: nie usuwać tego, co daje ochronę.

Zakres odpowiedzialności OPA-LABOR

• Zinwentaryzowano obwody pierwotne i wtórne rozdzielni 110 kV, w tym przekładniki, wyłączniki, odłączniki i ograniczniki przepięć w polach transformatorowych.
• Przeanalizowano, które istniejące zabezpieczenia mogą pozostać podstawowymi, a które wymagają wymiany.
• Dobrano cyfrowe przekaźniki odległościowe z modułami wejść analogowych, wejść dwustanowych na 220 V DC, wyjść wyłączających i komunikacją światłowodową, z podwójnym zasilaniem pomocniczym.
• Dobrano kierunkowe zabezpieczenie ziemnozwarciowe jako rezerwę w polu bez przekaźnika różnicowego.
• Przebudowano obwody wtórne pól tak, aby nowe przekaźniki otrzymywały sygnały położenia łączników i kontroli stanu wyłącznika.
• Skonfigurowano automatykę SPZ z warunkami gotowości pola i możliwością odstawienia z tablicy.
• Zachowano bez zmian istniejące układy sterowania, sygnalizację położenia i blokady łączników.
• Udokumentowano stan po modernizacji w dokumentacji powykonawczej dla każdego pola osobno.

Rozwiązanie techniczne

Pole z istniejącym zabezpieczeniem różnicowym

Stan przed: przekaźnik różnicowoprądowy odcinkowy jako zabezpieczenie podstawowe i stary przekaźnik odległościowy. Rozwiązanie: przekaźnik różnicowy pozostał, stare zabezpieczenie odległościowe zastąpiono cyfrowym. Funkcja po zmianie: linia ma zabezpieczenie podstawowe różnicowe i rezerwowe odległościowe, każde na innej zasadzie pomiarowej, więc uszkodzenie toru jednego z nich nie pozbawia linii ochrony.

Pole bez zabezpieczenia różnicowego

Stan przed: stary przekaźnik odległościowy jako jedyne zabezpieczenie. Rozwiązanie: nowe cyfrowe zabezpieczenie odległościowe jako podstawowe oraz dodatkowy kierunkowy przekaźnik ziemnozwarciowy jako rezerwowy, z własnym przekaźnikiem sygnalizacji sprawności. Funkcja po zmianie: zwarcia doziemne o małym prądzie, dla których zabezpieczenie odległościowe ma ograniczoną czułość, są wykrywane przez zabezpieczenie kierunkowe.

Konfiguracja przekaźników

Każdy nowy przekaźnik odległościowy ma moduł wejść analogowych z trzema prądami fazowymi, prądem doziemnym i napięciami, procesor z wyjściami komunikacyjnymi przewodowymi i światłowodowymi, moduły wejść dwustanowych na 220 V DC oraz wyjścia wyłączające szybkie i sygnalizacyjne. Zasilanie pomocnicze jest podwójne. Przekaźniki realizują zabezpieczenie odległościowe, automatykę SPZ oraz pomiar mocy, prądu i napięcia; doprowadzono do nich sygnały o położeniu łączników głównych pola i kontroli stanu wyłącznika, a schemat pola jest odwzorowany na wyświetlaczu graficznym.

Integracje: sterowanie, blokady, SPZ, telesygnalizacja

Sterowanie zdalne wyłącznikami 110 kV pozostało na istniejących sterownikach tablicowych i przyciskach na tablicach nastawczych; sterowanie lokalne z napędu wyłącznika służy do celów serwisowych, a każda szafka kablowa ma przycisk awaryjnego wyłączenia działający niezależnie od wyboru trybu. Gdy pole jest gotowe do pracy, wyłącznik można zamknąć także z panelu zabezpieczenia. Blokady odłączników i uziemników nie były zmieniane. Automatyka SPZ może być pobudzona od zabezpieczenia podstawowego lub rezerwowego i działa wyłącznie przy gotowości pola: zamkniętych odłącznikach liniowym i szynowym, otwartym uziemniku, zazbrojonym wyłączniku i obecności ciśnienia SF6; nastawienie sygnalizowane jest na wyświetlaczu, a odstawienie odbywa się łącznikiem na tablicy. Sygnalizacja zakłóceniowa i telesygnalizacja pochodzą z programowalnych wyjść przekaźników.

Testy, uruchomienie i odbiór

Dokumentacja powykonawcza opisuje stan po modernizacji osobno dla każdego pola: zabudowane przekaźniki i ich konfigurację sprzętową, logikę sterowania, sygnalizacji, blokad, automatyki SPZ i telesygnalizacji, ochronę przeciwporażeniową oraz zestawienia materiałów dla obu pól. Dokumentację opracowali projektanci z uprawnieniami budowlanymi, a załączone zaświadczenia o przynależności do izby pozwalają jednoznacznie przypisać odpowiedzialność za rozwiązanie.